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Importancia de los sistemas activos de aislamiento de vibraciones en los laboratorios de investigación

En esta entrevista, Wes Wigglesworth, director de aplicaciones de TMC, habla con la revista AZo Materials sobre la importancia de los sistemas activos de aislamiento de vibraciones en los laboratorios de investigación.

¿Puede proporcionarnos una descripción general de su experiencia y antecedentes?

Actualmente soy el Gerente de Aplicaciones en TMC. Tengo 26 años de experiencia en control de vibraciones y ruido para instrumentación científica sensible, metrología avanzada y equipos de proceso. Mi enfoque durante casi 20 años ha sido la cancelación activa de vibraciones y sus aplicaciones que respaldan la microscopía electrónica, la litografía eBeam, herramientas de inspección ópticas y basadas en AFM y otras aplicaciones altamente sensibles en ciencias biológicas, investigación de materiales y fabricación de semiconductores.

Isla tranquila en un entorno de suelo elevado. (Crédito imagen: TMC Vibration Control)

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¿Qué son los sistemas activos de aislamiento de vibraciones y cómo se utilizan?

El aislamiento activo de vibraciones se puede describir mejor como un sistema de aislamiento de vibraciones que cancela “proactivamente” la vibración mecánica en lugar de simplemente responder o filtrar la vibración. El aislamiento activo utiliza un sensor inercial para monitorear la vibración y con un bucle de control de retroalimentación y/o avance procesará esa señal para luego accionar un actuador, mitigando así la vibración medida.

¿Cuáles son algunas de las instalaciones en las que se emplean estos sistemas?

Lo más común es que estos sistemas se instalen en laboratorios de ingeniería e investigación avanzada, particularmente en centros de microscopía y fotónica, así como en instalaciones de nanofabricación y fabricación de semiconductores (es decir, FAB). Las aplicaciones típicas son microscopios electrónicos de barrido y transmisión, haz de iones enfocado, alineación de máscaras, inspección y metrología de obleas, litografía de haz electrónico, microscopios de fuerza atómica e interferometría.

¿Por qué es tan importante el aislamiento de vibraciones?

Imagínese intentar medir el tamaño de una hormiga sentada sobre una hoja movida por el viento a 10 pies de distancia. Ahora imagina que te alejas 100 pies. Incluso con binoculares y un amigo sosteniendo una regla sobre la hormiga, sería, en el mejor de los casos, muy difícil. Pero si tu amigo pudo sostener la hoja con firmeza, al menos tienes una oportunidad. La tecnología de los instrumentos respaldados por el aislamiento activo de vibraciones ha avanzado enormemente en los últimos 5 a 10 años, permitiéndole medir de manera efectiva el tamaño de cada parte de la «hormiga» desde una milla de distancia, pero solo si esa «hoja» pudiera ser se mantuvo estable, tal vez sólo durante 5 minutos, pero a veces durante 24 horas.

Los requisitos de resolución, los tiempos de generación de imágenes y los tamaños de las funciones continúan impulsando las demandas de aislamiento de vibraciones como nunca antes y seguirán haciéndolo a medida que avancen la ciencia y la tecnología.

¿Puede explicar qué hace que STACIS 4 sea el sistema de aislamiento activo de vibraciones más sofisticado y avanzado disponible comercialmente?

STACIS siempre ha sido la tecnología de cancelación activa más avanzada y de mayor rendimiento disponible comercialmente para vibraciones de pisos y edificios de baja frecuencia. TMC ha desarrollado ahora esta tecnología en serie con electrónica mejorada y algoritmos de control avanzados para proporcionar una mejora de 5 a 10 dB (2 a 3 veces) con respecto a lo que se lograba anteriormente con STACIS III. Y ahora, con el FloorSense patentado, STACIS 4 está disponible en un nuevo formato que proporciona una mejora de hasta 60 dB a 2 Hz.

En términos reales, ¿cuáles son algunas de las ventajas que tiene sobre otros sistemas?

Al proporcionar una cancelación de vibración significativamente mayor a 10 Hz y menos, STACIS 4 con FloorSense permitirá la investigación y la instrumentación de precisión y sus procesos en cosas como el descubrimiento de fármacos y semiconductores a medida que esta tecnología se desarrolle para nuestro mundo en los próximos años.

¿En qué rango de vibraciones puede funcionar STACIS 4?

STACIS 4 puede atenuar la vibración de un edificio a partir de 0,2 Hz y puede atenuar de forma proactiva un piso que ya se encuentra en el rango VC-E* (incluya una referencia al Criterio de vibración VC publicado por Colin Gordon) hasta muy por debajo de VC-G. . Y en suelos más ruidosos, estamos viendo hasta 4 o incluso 5 niveles de reducción en la escala VC.

¿Cómo se integra STACIS 4 con sistemas que ya tienen sistemas internos de aislamiento de aire?

Casi todos los instrumentos respaldados por STACIS tienen sistemas internos de aislamiento basados en aire. Una ventaja significativa de STACIS sobre las soluciones alternativas para este tipo de aplicación es que STACIS es aproximadamente 100 veces más rígido que el aislamiento de aire dentro del instrumento. Esto es extremadamente importante porque ambas etapas de aislamiento son necesarias, y deben optimizarse de forma independiente, para permitir que estos instrumentos se instalen en laboratorios y fábricas con mucha actividad. En pocas palabras, STACIS está diseñado específicamente para admitir este tipo de herramientas en entornos hostiles.

¿Cómo se basa STACIS 4 en STACIS III?

Una comodidad para nuestros usuarios y diseñadores de herramientas actuales es que los módulos aisladores individuales STACIS 4 tienen el mismo tamaño y forma que su predecesor. El controlador es el mismo controlador digital de montaje en bastidor de una sola unidad que STACIS III. En el interior del aislador y el controlador es donde hemos desarrollado y avanzado el sistema. Totalmente nuevo es el módulo FloorSense, hardware adicional en esta versión del sistema que proporciona, con diferencia, los niveles más altos de cancelación de vibraciones en una solución comercial disponible en el mercado.

¿Qué lecciones aprendió a través de STACIS III que podrían emplearse en su sucesor?

I think the most important features of STACIS III are that it is an inertial active floor vibration cancellation system with hard-mount serial architecture and piezoelectric actuators. This is truly the foundation to designing the most advanced low frequency isolation system. We have not moved away from this, but rather, as mentioned, built on it.

¿Qué tan fácil es utilizar el sistema STACIS 4?

Una vez instalado, es bastante fácil. Nuestros usuarios interactúan con el sistema a través de la interfaz gráfica de uso basada en PC o directamente en la parte frontal del simple controlador DC-2020. Las opciones avanzadas incluyen monitorear la salida del sistema para capturar y guardar datos en tiempo real.

 

¿Qué novedades se vislumbran en el horizonte para el control activo de vibraciones de TMC?

TMC es un proveedor de soluciones que combina experiencia en ingeniería con investigación y desarrollo avanzados y una fabricación integrada verticalmente con una cadena de suministro segura y estable. Escuchamos continuamente las demandas de la industria para desarrollar soluciones de próxima generación de manera rentable con miras al futuro. Actualmente tenemos varios proyectos en carpeta.

Acerca de Wes Wigglesworth
Wes Wigglesworth trabaja en TMC desde 1997 y actualmente es el director de aplicaciones de sistemas activos.

Anteriormente, Wes ocupó puestos en ingeniería de aplicaciones, ingeniería de ventas y gestión de cuentas OEM en la industria científica y tecnológica durante un período de más de 24 años.

Tiene una licenciatura en Ingeniería Eléctrica de la Universidad Tufts en Medford, MA.

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